Naja, im Prinzip hast Du das Setup ja schon gemalt. Ersetze all Kästchen mit entsprechenden Bauteilen und alle Linien mit Protokollen und Du bist fertig. Also der Kasten um die Temperatursensoren sind NTCs und PTCs, die Thermal Control ist ein Microcontroller, die Linie zur GPU ist z.B. ein I2C oder RS422 Bus.

Welche uC ist eine Frage, die man ohne weitere Information nicht beantworten kann. Wichtig ist hier u.a. wieviele Sensoren willst Du verbauen? Wie hoch aufgelöst müssen die Daten sein (8 bit...14 bit)? Wie oft brauchst Du den Datensatz (1x pro Sekunde, oder jede Microsekunde), uvm. .

Du siehst, wenn Du uns nicht sagst was genau Du baust, dann können wir Dir auch keine gezielten Tipps geben, sondern nur wild raten.