Hola:
Más que preocuparte para que sea más rápido mi consejo es que te preocupes que sea mejor... por ejemplo accesible.
Como comentas, tienes la relación marca-modelo... vamos a suponer que no tienes problemas con el código php para obtener la lista de modelos; así que desde la lista select de marcas deberías hacer una petición de modelos según la marca... algo así:
select modelo from tabla_autos where marca='$marca'...
Con la lista de modelos separados por comas, puedes generar un array con javascript desde el método split()...
La petición ajax puede ser por el método get o post... en este punto es importante si quieres la mejor solución. Para el concepto de accesibilidad, creo que es mejor el método get...
Dinos si hasta ahora necesitas ayuda adicional.
Saludos
