Sachverhalt: A. X._ wird vorgeworfen, in der Zeit vom 14. Januar bis zum 30. Mai 2006 in Zürich und Umgebung 25 bewaffnete Raubüberfälle auf Tankstellenshops und Filialen der Migros bzw. des Coops verübt und dabei rund Fr. 110'000.-- erbeutet zu haben. In allen Fällen habe er die geladene, durchgeladene und entsicherte Pistole auf die Geschädigten gerichtet und sie dadurch in eine akute, unmittelbare Lebensgefahr gebracht. Im ersten Fall habe er zwei gezielte Schüsse auf die Beine der Tankstellenangestellten abgegeben, um ihren Widerstand zu brechen. Beide Projektile durchdrangen den linken Oberschenkel der Geschädigten, ohne eine akute Lebensgefahr herbeizuführen. ln einem anderen Fall habe er zur Einschüchterung der Geschädigten einen gezielten Schuss zur Decke abgegeben und einen Kunden mit einem Kinnhaken zu Boden geschlagen. Einem anderen Tankstellenangestellten habe er - um dessen Widerstand zu brechen - in das Bein schiessen wollen. Als er den Abzug betätigt habe, habe sich wegen einer zufälligen Funktionsstörung im Abzugsmechanismus kein Schuss gelöst. Darauf habe er dem Geschädigten mehrmals die Pistole auf den Kopf geschlagen, wodurch dieser drei Rissquetschwunden erlitten habe. B. Das Obergericht des Kantons Zürich verurteilte X._ am 9. Januar 2008 wegen mehrfachen qualifizierten Raubes und mehrfachen Vergehens gegen das Waffengesetz zu 13 Jahren Freiheitsstrafe. Das Kassationsgericht des Kantons Zürich hob am 8. Dezember 2008 das Urteil auf und wies die Sache zur Neubeurteilung zurück. Das Obergericht setzte am 17. September 2009 die Freiheitsstrafe auf 12 3⁄4 Jahre fest und bestätigte im Übrigen sein erstes Urteil. Eine zweite Nichtigkeitsbeschwerde wies das Kassationsgericht am 1. November 2010 ab. C. X._ führt Beschwerde in Strafsachen und beantragt, er sei mit einer Freiheitsstrafe von höchstens 11 Jahren zu bestrafen; eventualiter sei das angefochtene Urteil aufzuheben und die Sache zur Neubeurteilung des Strafmasses an die Vorinstanz zurückzuweisen. 