Sachverhalt:
A. In der Anklageschrift von 9. Februar 2010 wird X._ vorgeworfen, in den Jahren 2004 und 2005 in teils arbeitsteiligem Zusammenwirken mit einem so genannten "Dottore" (A._), B._ und C._ bzw. (ab ca. September 2004) mit Y._ mindestens vier Mal sehr grosse Mengen Kokain von Südamerika her über Belgien in die Schweiz eingeführt bzw. sich massgeblich an der Einfuhr sehr grosser Mengen Kokain beteiligt zu haben. X._ werden die Beteiligung an drei Lieferungen von je über 150 kg und einer von über 210 kg Kokain, das Anstaltentreffen zur Lieferung einer grossen Menge Kokain und die selbstständige Einfuhr von 8,5 kg Kokain sowie Geldwäscherei vorgeworfen. Er habe vom "Dottore" pro Lieferung jeweils Fr. 100'000.-- erhalten.
Y._ wird mit eigener Anklageschrift vom 9. Februrar 2010 wegen der Beteiligung an zwei Lieferungen von je über 150 kg und einer von über 210 kg Kokain sowie wegen Anstaltentreffens zur Lieferung einer grossen Menge und von 8,5 kg Kokain angeklagt. Er habe vom "Dottore" pro Lieferung jeweils Fr. 100'000.-- erhalten.
B. Das Bezirksgericht Bülach verurteilte am 9. September 2010 X._ wegen mehrfach qualifizierter Widerhandlung gegen das BetmG (aArt. 19 Ziff. 1 Abs. 3 und 6 i.V.m. aArt. 19 Ziff. 2 lit. a, b und c BetmG) und mehrfacher Geldwäscherei zu 12 Jahren Freiheitsstrafe (wovon 918 Tage durch Haft erstanden waren), teilweise als Zusatzstrafe zum Strafmandat des Untersuchungsrichteramts Oensingen vom 15. April 2005 sowie zum Strafmandat des Bezirksamts Baden vom 21. Februar 2006, wobei es den mit Strafmandat vom 21. Februar 2006 gewährten bedingten Strafvollzug von 7 Tagen Gefängnis widerrief und den Vollzug anordnete.
Es verurteilte Y._ wegen mehrfach qualifizierter Widerhandlung gegen das BetmG (aArt. 19 Ziff. 1 Abs. 3 und 6 i.V.m. aArt. 19 Ziff. 2 lit. a, b und c BetmG) zu 8 Jahren Freiheitsstrafe (wovon 40 Tage durch Haft erstanden waren).
C. Im Appellationsverfahren stellte das Obergericht des Kantons Zürich am 6. Juni 2011 betreffend X._ die Rechtskraft des bezirksgerichtlichen Schuldspruchs wegen mehrfach qualifizierter Widerhandlung gegen das BetmG fest und bestätigte den Schuldspruch wegen mehrfacher Geldwäscherei sowie das Strafmass von 12 Jahren Freiheitsstrafe (wovon 1188 Tage durch Haft erstanden waren) als teilweise Zusatzstrafe zu den beiden Strafmandaten. Es verzichtete auf den Widerruf des mit Strafmandat vom 21. Februar 2006 gewährten bedingten Strafvollzugs und verlängerte die Probezeit um 1 Jahr.
Das Obergericht bestätigte mit Urteil gleichen Datums das bezirksgerichtliche Urteil gegen Y._ im Schuld- und Strafpunkt.
D. X._ (Beschwerdeführer 1) erhebt Beschwerde in Strafsachen und beantragt, das obergerichtliche Urteil aufzuheben und die Sache zur Ausfällung einer tieferen Strafe an die Vorinstanz zurückzuweisen. Es sei ihm die unentgeltliche Rechtspflege zu gewähren.
Y._ (Beschwerdeführer 2) erhebt Beschwerde in Strafsachen mit den Anträgen, das obergerichtliche Urteil aufzuheben und ihn wegen Gehilfenschaft zu nicht mehr als 24 Monaten Freiheitsstrafe bedingt mit einer Probezeit von 4 Jahren zu verurteilen. Eventualiter sei das obergerichtliche Urteil aufzuheben und die Sache zu neuer Beurteilung an die Vorinstanz zurückzuweisen. Zudem seien mehrere Zeugen einzuvernehmen sowie die Akten eines hängigen Strafverfahrens, die beiden Protokolle von ihm als Auskunftsperson in einem anderen Verfahren und die Buchhaltung der Firma D._ AG gerichtlich zu edieren (Beschwerde S. 2). Es sei ihm die unentgeltliche Rechtspflege zu gewähren.

Erwägungen:
1. Die Verfahren 6B_608/2011 und 6B_634/2011 werden vereinigt und in einem Urteil behandelt.
In einer verspäteten Eingabe vom 22. November 2011 verweist der Beschwerdeführer 1 auf ein Urteil des Kantonsgerichts St. Gallen vom 10. November 2011, in welchem die Strafe für einen Mittäter auf 91⁄2 Jahre reduziert worden sei, womit das gegen ihn ausgefällte Strafmass "nunmehr als noch stossender" erscheine. Dies bekräftigt er mit einer weiteren verspäteten Eingabe vom 3. Januar 2012. Die beiden Eingaben sind unbeachtlich.
2. 2.1 Der Beschwerdeführer 2 erhebt vor Bundesgericht mehrere Beweisanträge (oben Bst. D).
Die Vorinstanz hielt dazu fest, die Notwendigkeit einer zusätzlichen Beweisabnahme lasse sich erst nach materieller Prüfung beurteilen. Der Beschwerdeführer 2 habe sich weitgehend geständig gezeigt, den Anklagesachverhalt aber in zwei Punkten bestritten. Er mache erstens zum inneren Sachverhalt geltend, er sei (nur) von einer Menge von 30 kg Kokain pro Lieferung ausgegangen, und bestreite zweitens, für den Empfang in Belgien und die Lieferung in die Schweiz zuständig gewesen zu sein (angefochtenes Urteil S. 7).
Die Vorinstanz kommt zum Ergebnis, der Beschwerdeführer 2 habe unbestritten die Firma D._ AG organisiert und als Bestellerin und Adressatin der Bananenlieferungen (welche das Kokain enthielten) zur Verfügung gestellt. Die Firma habe auch die Lagerhalle gemietet. Hingegen sei nicht bewiesen, dass er den Verlad und den Weitertransport in die Schweiz organisiert habe. Der eigentliche Firmeninhaber und Unterschriftsberechtigte habe in Unkenntnis der Drogeneinfuhr gehandelt und sei das Werkzeug des Beschwerdeführers 2 gewesen. Dieser habe sich deshalb die Handlungen der Firma anrechnen zu lassen (angefochtenes Urteil S. 12 f.). Zur Beweiswürdigung betreffend den inneren Sachverhalt ist auf das angefochtene Urteil S. 13-18 zu verweisen. Diese Beweiswürdigung ist nicht willkürlich. Eine weitere Beweisaufnahme erübrigte sich (vgl. <ref-ruling> E. 5.3).
2.2 Der Beschwerdeführer 2 macht geltend, sein Tatbeitrag sei "weit weniger zu gewichten". Zur Gehilfenschaft würden Handlungen wie die Zurverfügungstellung einer Garage für ein Drogenfahrzeug gezählt (mit Hinweis auf <ref-ruling> sowie Urteile 6P.110/2004 und 6S.326/2004 vom 21. Dezember 2004). Das treffe genau auf seine Handlungen zu, die als Gehilfenschaft zu qualifizieren seien.
Gehilfe ist, wer zu einem Verbrechen oder Vergehen vorsätzlich Hilfe leistet (<ref-law>). Der Gehilfe fördert eine Tat, wenn er sie durch einen untergeordneten Tatbeitrag unterstützt (<ref-ruling> E. 3.2). Dies kann bei einer Pannenhilfe (<ref-ruling> E. 2b) oder der blossen Zurverfügungstellung einer Garage anzunehmen sein (Urteile 6P.110/2004 und 6S.326/2004, a.a.O., E. II/3). Im Rahmen des BetmG ist Gehilfenschaft nur zurückhaltend anzunehmen (<ref-ruling> E. 3.2). Der Beschwerdeführer 2 wickelte die Drogeneinfuhr mittels der Firma ab, die von zentraler Bedeutung war (angefochtenes Urteil S. 23, 25). Das ist kein untergeordneter Tatbeitrag im Sinne von <ref-law>. Die Vorinstanz erkennt zutreffend auf Mittäterschaft und Bandenmässigkeit gemäss aArt. 19 Ziff. 2 lit. b BetmG.
2.3 Der Beschwerdeführer 2 bringt im Strafpunkt vor, er habe gewusst, dass bei den Bananentransporten die Lieferung von Kokain im Vordergrund gestanden habe, sei aber von 30 kg (pro Lieferung) ausgegangen und habe nur soweit vorsätzlich gehandelt. Acht Jahre Freiheitsentzug erschienen unverhältnismässig.
Der Beschwerdeführer 2 war Teil einer professionell organisierten Struktur. Die von ihm zur Verfügung gestellte seriöse und unauffällige Bestellfirma war für die ganze verdeckte Kokaineinfuhr unabdingbar. Er handelte in der Grössenordnung von 100 kg Kokain direkt vorsätzlich und nahm eine grössere Menge in Kauf (angefochtenes Urteil S. 26). Er nahm eine grössere Menge als 30 bis 40 kg pro Lieferung in Kauf (angefochtenes Urteil S. 17). Mit der "Grössenordnung von 100 kg" geht die Vorinstanz zu seinen Gunsten von seinen Angaben aus, nämlich von drei Lieferungen in der Grössenordnung von 30 kg. Die Rüge ist nicht nachvollziehbar.
Es ist nicht zu beanstanden, dass die Vorinstanz aufgrund der Tatschwere, d.h. der enormen Betäubungsmittelmenge und der dreifach qualifizierten Begehungsweise gemäss aArt. 19 Ziff. 2 BetmG, von einer hypothetischen Einsatzstrafe von 15 Jahren ausgeht. Strafmindernd berücksichtigt sie das Geständnis und die Kooperation. Die gelöschte Vorstrafe aus dem Jahre 2000 berücksichtigt sie nicht mehr (<ref-law>).
Wegen des Verschlechterungsverbots fiel eine Erhöhung der Strafe ausser Betracht. Die Vorinstanz hält zutreffend fest, die Strafe von 8 Jahren erweise sich "als etwas zu mild" (angefochtenes Urteil S. 29). Hinsichtlich des "Vergleichs mit Mittätern" (angefochtenes Urteil S. 28) ist auf das Urteil zu verweisen (sowie unten E. 3 am Ende).
3. Der Beschwerdeführer 1 macht geltend, die Vorinstanz sei fälschlicherweise von einer mittleren Hierarchiestufe und einer viel zu hohen Drogenmenge ausgegangen und habe im Vergleich zu seinen Mittätern (insbesondere zum Beschwerdeführer 2) sowie angesichts des Strafminderungsgrunds seiner potenziell tödlichen Krankheit eine unhaltbar hohe Strafe ausgefällt.
Der Beschwerdeführer 1 war von Mitte Mai 2004 bis Ende 2006 an der Einfuhr der ausserordentlich grossen Menge von rund 600 kg Kokain mit einem Reinheitsgrad von 60-70% beteiligt, was einer reinen Drogenmenge von 360-420 kg entspricht. Zudem führte er im Jahre 2008 zusammen mit einem Dritten 8,5 kg in die Schweiz ein. Er hatte im arbeitsteiligen Vorgehen zahlreiche Aufgaben innerhalb der Drogenorganisation übernommen, ohne gegenüber dem Beschwerdeführer 2 und weiteren Beteiligten eine übergeordnete Position innezuhaben. Er hatte keine blosse Magazinerrolle. Die Vorinstanz nimmt zutreffend eine mittlere Hierarchiestufe an (angefochtenes Urteil S. 24).
Die Vorinstanz geht von einer hypothetischen Einsatzstrafe im Bereich von 16 Jahren aus. Die Geldwäsche betraf die eigene Entlöhnung und wird nur leicht straferhöhend gewichtet. Das recht weitgehende Geständnis und die Einsicht wirken sich deutlich strafmindernd aus. Auch die belastenden Aussagen gegen den "Dottore" werden strafmindernd veranschlagt. Straferhöhend werden die Vorstrafen von 1997, 2005 und 2006 sowie die Geldwäscherei während der Probezeit des Strafmandats vom 21. Februar 2006 gewichtet. Eine erhöhte Strafempfindlichkeit wird ihm aufgrund der ungewissen Prognose wegen eines Hirntumors zugestanden. Im Übrigen ist dies eine Frage der Hafterstehungsfähigkeit, die bisher gegeben war (Dispositiv mit Anrechnung der Hafttage). Nach einem Gutachten führte seine leichte Heroinabhängigkeit zu keiner Verminderung der Schuldfähigkeit. Die Vorinstanz berücksichtigt die Heroinabhängigkeit aber strafmindernd, weil es ihm dadurch schwerer gefallen sei, der Beteiligung am Drogenhandel zu widerstehen. Nicht strafmindernd zu berücksichtigen waren die Führung im Strafvollzug (Urteil 6B_974/2009 vom 18. Februar 2010 E. 5.5) sowie die Härte der Strafverbüssung als solche (Urteil 6B_1037/2009 vom 20. Januar 2010 E. 4.3).
Im Vergleich zum Beschwerdeführer 2 müssen sich hauptsächlich die Einfuhr von 8,5 kg Kokain, die Beteiligung an einer dritten Einfuhr von über 150 kg (oben Bst. A) sowie die Geldwäscherei und die Vorstrafen straferhöhend auswirken. Die Vorinstanz nimmt in beiden Urteilen einen "Vergleich mit Mittätern" vor (vgl. <ref-ruling> E. 3.2). Im Übrigen ist auf das angefochtene Urteil zu verweisen. Die Rechte des Beschwerdeführers 1 werden weder durch die Beweiswürdigung noch durch die Strafzumessung verletzt.
4. Die Beschwerden sind abzuweisen, soweit darauf einzutreten ist. Die Gesuche um unentgeltliche Rechtspflege sind wegen Aussichtslosigkeit der Rechtsbegehren abzuweisen (<ref-law>). Entsprechend haben sie die Kosten zu tragen (<ref-law>).

Demnach erkennt das Bundesgericht:
1. Die Beschwerden werden abgewiesen, soweit darauf einzutreten ist.
2. Die Gesuche um unentgeltliche Rechtspflege werden abgewiesen.
3. Dem Beschwerdeführer 1 werden die Gerichtskosten von Fr. 4'000.-- auferlegt.
4. Dem Beschwerdeführer 2 werden die Gerichtskosten von Fr. 4'000.-- auferlegt.
5. Dieses Urteil wird den Parteien und dem Obergericht des Kantons Zürich, I. Strafkammer, schriftlich mitgeteilt.
Lausanne, 26. April 2012
Im Namen der Strafrechtlichen Abteilung
des Schweizerischen Bundesgerichts
Das präsidierende Mitglied: Schneider
Der Gerichtsschreiber: Briw