Если мы берем не гипотетическую машину, а реальную, а под атомарностью подразумеваем только то, что переменная записывается за один такт, то единственный правильный ответ - "неизвестно".
Чтобы знать более менее точно, надо чтобы произошла инвалидация кэша и то, в какой последовательности потоки производят операции относительно друг друга.
Иначе ведь они могут сколько угодно молотить кэш ядра, на котором происходит его исполнение без восстановления когерентности