Для определения регрессий можно использовать обычный t-тест или непараметрический критерий Манна-Уитни. Для статистической модели можно попробовать распределение Вейбулла из теории надёжности.
Я бы для начала отметил, что работа компьютерного железа и операционных систем общего назначения, по ряду различных причин, нелинейна на субсекундных интервалах, поэтому обычный тест производительности по своей абсолютной продолжительности должен занимать хотя бы десяток секунд. Любые рассуждения о миллисекундах в контексте производительности можно проводить только с очень чёткими оговорками относительно того, что же именно и в каких условиях мы меряем.
Тест производительности: удивительно и просто