MongoDBは魔法のクエリアクセラレータではありません。 mongoに切り替えたからといって、サイトの負荷が10倍になることはありません。
あなたの数字から判断すると、リソースが飽和状態になっているのではないかと思います。 MySQLは確かに500QPSをはるかに超えることができます。
あなたはあなたのボトルネックが何であったか知っていますか？ RAMが必要な数よりはるかに少なく、データをディスクからフェッチする必要があり、ディスクが飽和状態になることを賭けます。現時点では、鉄分を増やす（または一部のデータを削除する）場合を除いて、DB技術者は役に立ちません。
モンゴのパフォーマンスの低さについては、詳細がないとわかりません。